萃取精馏分离苯-环己烷-噻吩共沸体系的汽液相平衡研究

摘要

在煤化工、石油化工、医药化工等以生产各种物料的化工类生产部门中，混合物的分离占有极其重要的地位。对于沸点相近或能形成共沸的液体混合物中，普通精馏的方法往往难以达到有效的分离，但萃取精馏的方法有时可以解决因沸点相近而难以分离的问题。　　文章以萃取精馏分离苯-环己烷-噻吩近沸点体系为课题，首先综述了苯-环己烷、苯-噻吩体系的分离现状，并对萃取精馏及萃取剂选择依据和方法进行了阐述。其次实验选择了苯酚、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、N-甲酰吗啉(NFM)、2-溴噻吩、2，5-二溴噻吩七种溶剂作为萃取剂，进行了萃取精馏的研究，考察了不同萃取剂以及含量对苯、环己烷、噻吩相对挥发度和活度系数的影响。　　实验利用改进的Rose汽液平衡釜建立了一套汽液相平衡实验装置，首先测定了常压下苯-噻吩、苯-苯酚、噻吩-苯酚三组二元汽液平衡数据以及苯-噻吩-苯酚一组三元汽液平衡数据，并对这三组二元体系的汽液平衡数据用NRTL、Wilson模型进行了估算，关联得到了两组二元体系的交互作用参数。同时用得到的参数预测了苯-噻吩-苯酚三元体系汽液平衡数据，所得理论值与实验值做比较，吻合较好。此外实验测定了在不同温度和压力下苯-环己烷-噻吩-NMP(DMF、2-溴代噻吩、DMSO、NFM、2，5-二溴噻吩)六组四元体系的相平衡数据，并观察了相对挥发度随溶剂含量不同的变化规律。用UNIFAC-Dortmund模型对NMP-苯-环己烷-噻吩体系数据进行了关联，所得结果较为满意，验证了该模型的可靠性和准确性;然后用该模型对苯-环己烷-噻吩-DMF（2-溴代噻吩）两组四元体系汽液相平衡数据进行了估算，回归出了基团ACS-DMF、ACS-Br之间的交互作用参数。最后用该模型分别计算出NMP、DMF、2-溴代噻吩作为溶剂时苯-环己烷-噻吩的活度系数组合项和活度系数剩余项的值，并讨论每组活度系数的变化规律，得出如下结论:　　①对于苯而言，NMP对其活度系数影响不大，而DMF、2-溴噻吩对苯活度系数影响较大，说明基团ACH与溶剂基团间的相互作用是苯活度系数变化的主要贡献者。　　②对于环己烷而言，NMP对环己烷活度系数的组合项和剩余项均有影响且都是正偏差，即NMP分子的大小和基团间的相互作用均对环己烷的活度系数有贡献;DMF对环己烷的活度系数组合项没有影响，剩余项增加，即基团之间的相互作用是环己烷活度系数变化的主要贡献者;2-溴噻吩作为溶剂时，活度系数组合项增加剩余项减少，总体不变。　　③对于噻吩而言，NMP，DMF，2-溴代噻吩三种溶剂均没有对噻吩活度系数产生较大影响，且组合项、剩余项也波动不大，由此可知溶剂分子的大小和基团间的相互作用均对噻吩活度系数没有影响。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 课题背景

1．2 苯、环己烷和噻吩的物性

1．3 苯和环己烷分离技术现状

1．3．1 渗透气化膜分离

1．3．2 液液萃取

1．3．3 萃取精馏

1．4 苯和噻吩分离技术现状

1．4．1 硫酸精制法

1．4．2 氯甲基化法

I．4．3 催化加氢法

1．4．4 吸附法

1．4．5 冷冻结晶法

1．4．6 卤化法

1．4．7 萃取精馏法

1．5 溶剂选择的方法

1．6 相平衡理论

1．6．1 汽液相平衡数据计算的热力学方法

1．6．2 汽液相平衡数据的估算

1．7 本文研究的目的及内容

第二章 汽液相平衡实验数据的测定

2．1 实验试剂、装置及方法

2．1．1 实验试剂的选择及介绍

2．1．2 实验装置

2．1．3 实验仪器

2．1．3 实验方法

2．2实验装置及方法的可靠性检验

2．3 二元汽液相平衡数据的测定

2．3．1 二元体系汽液平衡实验数据和相图

2．3．2 实验数据的x-y相图和T-x-y相图

2．4 三元汽液相平衡数据的测定

2．4．1 苯/噻吩的相对挥发度

2．5 四元汽液相平衡数据的测定

2．5．1 苯-环己烷-噻吩-N-甲基吡咯烷酮四元体系的汽液相平衡数据

2．5．2 苯-环己烷-噻吩-N,N-二甲基甲酰胺四元体系的汽液相平衡数据

2．5．3 苯-环己烷-噻吩-2-溴代噻吩四元体系的汽液相平衡数据

2．5．4 苯-环己烷-噻吩-N-甲酰吗啉四元体系的汽液相平衡数据

2．5．5 苯-环己烷-噻吩-二甲亚砜四元体系的汽液相平衡数据

2．5．6 苯-环己烷-噻吩-2，5-二溴噻吩四元体系的汽液相平衡数据

2．6 本章小结

第三章 实验数据的关联

3．1 二元体系汽液相平衡实验数据的模型关联

3．2 三元汽液平衡实验数据预测

3．3 本章小结

第四章 UNIFAC方法估算汽液相平衡数据

4．1 基团拆分和基团参数

4．2 N-甲基吡咯烷酮作为溶剂时的汽液平衡数据及其讨论

4．2．1 溶剂对苯活度系数的影响

4．2．2 溶剂对环己烷活度系数的影响

4．2．3 溶剂对噻吩活度系数的影响

4．3 N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂时的汽液平衡数据及其讨论

4．3．1 溶剂对苯活度系数的影响

4．3．2 溶剂对环己烷活度系数的影响

4．3．3 溶剂对噻吩活度系数的影响

4．4 2-溴代噻吩作为溶剂时的汽液平衡数据及其讨论

4．4．1 溶剂对苯活度系数的影响

4．4．2 溶剂对环己烷活度系数的影响

4．4．3 溶剂对噻吩活度系数的影响

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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